科学星|为什么早期宇宙存在不透明空洞？科学家终于找到了答案由加州大学乔治·贝克尔领导的一个天文

由加州大学乔治·贝克尔领导的一个天文学家团队发现了一个惊人的现象：125亿年前，宇宙中最不透明的地方所包含的物质相对较少。
部分宇宙结构图

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上图显示的是计算机模拟的宇宙一个区域，其中低密度空隙（顶部中心的深蓝色区域）被星系（橙色/白色）包围。新的研究表明极早期宇宙中的空洞是黑暗的，因为它们包含的物质少于预期，不是因为它们含有如此多的空间阻挡了背景星系的辐射。
人们早就知道，宇宙充满了暗物质和气体的网状网络。这个“宇宙网”占据了宇宙中的大部分物质，而像我们银河系这样的星系只构成了一小部分。今天，星系之间的气体几乎完全透明，因为它通过高能紫外线辐射保持电离-电子与原子脱离。
十多年前，天文学家注意到，在遥远的过去-大约125亿年前，或大爆炸后大约10亿年-深空中的气体不仅对紫外线高度不透明，而且其透明度差别很大，掩盖了遥远星系发出的大部分光线。
【科学星|为什么早期宇宙存在不透明空洞？科学家终于找到了答案】几年前，当时在剑桥大学的贝克尔领导的一个小组发现，这些不透明度的差异非常大，以至于气体本身的数量，或更可能是浸入其中的辐射，必须大幅度变化。
“今天，我们生活在一个相当均匀的宇宙中” ，星际介质专家贝克尔说，其中包括暗物质和透过星系间的气体。 “如果你向任何方向看，平均而言，星系之间不同区域的气体数量和类似的性质大致相同。然而，在宇宙早期，深空中的气体从宇宙的一个区域到另一个区域看起来非常不同。 ”
为了找出造成这些差异的原因，来自加州大学的天文学家团队转向了世界上最大的望远镜之一：位于夏威夷MaunaKea山顶的斯巴鲁望远镜。利用其强大的相机，该团队在一个大约3亿光年的广大区域寻找星系，他们知道星系际气体是非常不透明的。
对于宇宙网而言，更多的不透明度通常意味着更多的气体，因此意味着更多的星系。但是团队发现了相反的情况：这个区域包含的星系数远远少于平均值。由于来自星系的紫外线使深空中的气体保持透明，附近较少的星系可能会使它变得更加模糊。
“通常附近有多少个星系并不重要;将气体保持在深空透明的紫外线通常来自极远的星系。无论如何，对大多数宇宙历史来说都是如此” ，物理和天文学系助理教授贝克尔说。 “在这个非常早的时候，看起来紫外线不能走得很远，所以宇宙中几乎没有星系的地方看起来会比周围有很多星系的地方暗得多。 ”
这一发现可能最终揭示了宇宙史上的另一个阶段。在大爆炸之后的第一个十亿年，来自第一个星系的紫外线充满了宇宙，并在深空中永久地改变了气体。天文学家认为，这种情况发生在星系较多的地区，这意味着贝克尔及其团队推断的星系间辐射的大幅波动可能是这个不完整过程的遗留物，并且可以提供它发生的方式和时间的线索。